【探索13】人類文明的基石－－通訊

講師｜臺大電機系副教授 葉丙成
撰文｜楊于葳

《墨子》雜守篇：「⋯望見寇，舉一峰； 入境，舉二峰；射妻，舉三峰；郭會，舉四峰二藍；城會，舉五峰五藍 ⋯」

早在商周時期，人們就已經發展出一套高速的光通訊系統，您猜想到了嗎？那就是我們耳熟能詳的典故——烽火戲諸侯裡使用的「烽火台」。《墨子》雜守篇記載道，邊境的士兵們一旦查探到敵意，就會以五種方式相互傳遞訊息，讓訊息可以快速地傳遞到城內，使城民產生緊戒心。但訊息傳遞的過程中，都不會出錯嗎？假若有士兵判讀錯誤讓訊息盡失原意，很可能會導致兵臨城下甚至是滅國的後果。

在過去，建立一套完善的通訊系統對一個國家來說建立十分重要，在現代亦是如此。日常生活中，我們常會使用到許多通訊器材，但往往將其運作的方式和結果視為理所當然。例如：使用提款機時，輸入之金錢數目等於取出的數目；使用手機通訊軟體(FB、LINE)時，輸入的文字會一字不漏的傳送到對方的手機裝置，諸如此類的例子不勝枚舉。通訊系統若要顯現出它的價值，「可靠度」是一項非常重要的指標，為讓通訊系統不出錯，我們把系統劃分成七種層次彼此間分工合作，分別為：應用層(Application Layer)、表現層(Presentation Layer)、會議層(Session Layer)、傳輸層(Transport Layer)、網路層(Network Layer)、資料鏈結層(Data Link Layer)、實體層(Physical Layer)。當基層的實體層(Physical Layer)出錯時，我們有什麼補救的方法，或者是該如何降低出錯的機率呢？

一、改變天線的設計：傳統天線與指向式天線
使用通訊系統接收訊息時，常會受到無線通訊和雜訊的干擾，為減少收訊干擾，指向式天線的設計因應而生。傳統天線發送及接收訊息的效果，好比下課時一群學生在教室內，同時間以喊話的方式朝四面八方傳遞訊息，那麼收訊的同學在接收訊息時就會受到許多干擾，無法聽清楚訊息的內容。指向式天線是利用波的加成原理增強訊號來源，好像同學間使用傳聲筒傳遞訊息，只要在特一方向加強音量，接收者同樣可以接收訊息，比喊話的方式更為清楚，雖然周圍的同學依然還是會聽到他人的傳話內容，但彼此受到的干擾也較小。

二、運用過區切換的機制：硬切換與軟切換
過區切換(Handover,Handoff)是指訊號由甲基地台切換到乙基地台的過程，切換的種類又分為硬切換與軟切換。硬切換（Hard Handover）是指將原先連接的訊號斷開後，再連接新的訊號源，而軟切換（Soft Handover）是指在斷開訊號源之前，先嘗試與其他區域的訊號源連接再斷開原有訊號源。運用生活中簡單的例子比喻，我們可以把硬切換想像成一位漢子，一次只教一個女朋友，再找下一個女朋友前，一定會和現任女友分手，而軟切換就比較不一樣，他比較花心，穩定交往的狀態下，依然會和下一位對象來往。

三、偵測與更正錯誤的通道編碼
假設今天我們從甲地傳遞三個位元的資料給乙地，接收者可以由接收到的訊息判別資訊是否正確嗎？答案是否定的，那麼該如何保障資料的可靠性呢？其實我們可以透過通道編碼(Channel Coding)在原先傳遞的訊息裡加入保護碼，即使訊息傳遞錯誤，我們依然能判別資料的正確信，並即時校正訊息。運用兩個家庭故事向各位解說箇中的巧妙。

某個奇怪的家庭，老爸將三兄弟命名為：葉丙成、葉丙戍、葉丙戊，三兄弟中葉丙戊的表現最為優秀，老大葉丙成與老二葉丙戍的學業成績卻令人堪憂，而且常常考零分的葉丙成與葉丙戍常常會寫錯名字，永遠都會忘記「成」和「戍」中間有一劃。當學校寄送成績單時，老爸總是收到葉丙戊零分的考卷，誤以為葉丙戊是最不用功的孩子，像這樣子的情況，收到訊息的老爸有辦法知道是誰考零分嗎？

一個優秀的家庭，名字應該這樣取：葉甲成、葉乙成、葉丙成，老么的表現依然是最優秀的，老爸完全不需要擔心葉丙成的學習狀況，但老大葉甲成與老二葉乙成課業學習狀況依舊不佳，名字又常常少寫一劃。當學校寄送成績單時，當老爸看到零分考卷上的名字寫著「葉田成」時，老爸有辦法判斷是誰考零分嗎？

●人類文明的基石
通訊的可靠性是人類文明的基石，生活中無時無刻都需要使用到通訊系統。例如：PaGamO是全世界第一個以教育為主的線上遊戲學習平台，我們可以使用此通訊系統有效地自我學習增進。通訊也是穩定金融貿易的棟樑，一旦金融貿易垮台，產生的後果將是我們無法想像的。除此之外，還可以將通訊運用在交通工具中，當飛機起飛與塔台進行聯絡時，機上的空服人員總會要求我們將通訊系統關閉，目的便是要減少通訊的干擾。明代為什麼會滅亡呢？某一部份的原因出自於驛站系統的崩壞，明代中期後驛站制度開始出現弊端，驛站人員常常向官員勒索行賄，而地方官吏也刪減驛站經費中飽私囊，導致系統在傳遞訊息時受阻，降低驛站的傳遞訊息的效能，所以說以通訊系統作為人類文明的基石，一點也不為過哦！

--本文整理自：104/4/25 由葉丙成老師在臺大應力所國際演講廳所主講之「手機，你怎麼都不會錯」演講內容＞＞現場全程影音